Jakiego? Odpowiedź jest krótka, choć trudna do zrozumienia: zamiast dwóch mniejszych fragmentów światła pojawiłaby się nieskończona liczba nowych fotonów. Do takich wniosków doszedł zespół kierowany przez Johannesa Skaara, którego praca trafiła na łamy Physical Review Letters. Autorzy tej publikacji postanowili odpowiedzieć na postawione pytanie, choć w rzeczywistości wykonanie takiego eksperymentu jest niemożliwe w klasycznym rozumieniu.
Czytaj też: Fizycy dostrzegli dziwny efekt kwantowy. Atomy zaczęły obracać się w niewłaściwą stronę
W związku z tym trzeba było działać nieco naokoło. Fizycy stworzyli więc model teoretyczny pozwalający przeanalizować podobną sytuację. W swoim scenariuszu wykorzystali koncepcję ultraszybkiej przesłony optycznej. Można ją porównać do błyskawicznie zamykającego się lustra, które blokuje część rozciągniętej w przestrzeni fali świetlnej. W mechanice kwantowej foton nie jest bowiem jedynie punktową cząstką. Posiada naturę falową, co oznacza, że jego stan może być rozłożony na pewnym obszarze przestrzeni. Jeśli taka przesłona zamknęłaby się dokładnie w trakcie przechodzenia fotonu, część jego fali zostałaby odcięta.
Nie mam szans na Nobla z fizyki, więc wyobrażam sobie sytuację, w której po jednej stronie przesłony znalazłaby się część fotonu, a po drugiej pozostały jego fragment. Autorzy nowych badań wskazują jednak na odmienny scenariusz. Z matematycznego punktu widzenia stan kwantowy światła po takim zabiegu nie odpowiada już pojedynczemu fotonowi. Zamiast tego przekształca się w złożoną superpozycję zawierającą nieskończoną liczbę możliwych stanów z wieloma fotonami. Innymi słowy, próba podzielenia jednej cząstki światła prowadzi do pojawienia się całego roju nowych fotonów.
Nie oznacza to jednak, że mówimy o sposobie na tworzenie nieskończonej energii. Powstałe stany kwantowe rozkładają energię pomiędzy ogromną liczbę składowych, a matematyczna nieskończoność wynika z teorii kwantowej. Całkowita energia pozostaje więc zgodna z prawami fizyki i zasadą zachowania energii. Badanie pokazuje raczej, jak bardzo nasze codzienne wyobrażenia zawodzą w świecie kwantowym.
Czytaj też: Fizycy nie wierzyli, że to w ogóle możliwe. Fale narwala zamykają światło w sensacyjny sposób
Trudno więc mówić o rewolucji, choć to kolejne przypomnienie, iż foton nie zachowuje się jak miniaturowa kulka światła. Już wcześniejsze eksperymenty ujawniały jego dualną naturę, łączącą cechy cząstki i fali. W zależności od sposobu pomiaru foton może sprawiać wrażenie punktowego obiektu lub rozciągniętej fali rozchodzącej się przez wiele możliwych ścieżek jednocześnie. To właśnie ta niezwykła właściwość leży u podstaw działania komputerów kwantowych, kryptografii kwantowej i wielu nowoczesnych technologii fotonicznych.
Źródło: Physical Review Letters
